扩散燃烧与全预混燃烧
扩散火焰与预混火焰
本生灯
5、燃烧速度： 取决于可燃气体的浓度、初始温度、管 道直径。
过量空气系数，α ＝0.93；可以大大促进 化学反应速度。
6、预混火焰： 预混燃烧时所形成的火焰。
二、扩散火焰、预混火焰形状：
1、预混燃烧在燃烧前，燃料与氧气已经在 燃烧器内充分混合。它是相对于扩散燃 烧的另一种典型燃烧方式。
空气的混合气偏离化学当量比，使火焰传播速度 降低； (5)保持一定的可燃气压力，维持一定的出口流速。
火焰分类 扩散火焰特点 层流扩散火焰结构 湍流扩散火焰
第一节 火焰分类
一 扩散燃烧与预混燃烧概念 预混火焰 在发生化学反应之前，反应物已经均匀地混合，预 混射流（燃料与空气混合物）直接形成的火焰 扩散火焰 在发生化学反应之前，燃料和氧化剂是分开的，依 靠分子扩散和整体的对流运动（湍流扩散）使反应 物分子在某一个区域混合，接着进行燃烧反应
第三节 扩散火焰与预混火焰
1、什么叫做扩散火焰和预混火焰？ 2、扩散火焰、预混火焰形状？ 3、扩散火焰和预混火焰有什么特点？
一、扩散火焰和预混火焰的定义：
1、扩散燃烧： 可燃气体从喷口喷出，在喷口处与空气 中的氧气边扩散混合、边燃烧的现象， 称为扩散燃烧。
例如： 管道、容器泄露口发生的燃烧，天然气井
燃料燃烧所需的时间τ= τm+ τr
燃料与空气混合时间τm流动特征时间
燃烧反应时间τr
化学反应时间
Da= τm /τr
扩散燃烧： τm >>τr, τ≈ τm
化学反应进行得很快，燃烧快慢主要取决于混合速度，与化 学反应速度关系不大
预混燃烧： τm <<τr, τ≈ τr
燃烧理论第六讲燃烧方法
可改变气流速度，用流体动力学方法进 行稳焰；也可改变火焰传播速度，用热 力学和化学方法进行稳焰。
最常用的方法是在燃烧器出口处设置一
个点火源。点火源可以是连续作用的人
工点火装置，也可以使炽热的燃烧产物 辅助火焰作点火源
流回火焰根部而形成点火源。
1—火孔；2—小孔；3—环形缝隙
热烟气的回流往往通过在燃气-空气混合
有外焰时，k取1。
周边速度梯度的增加既 引起火焰拉伸，又引起 周围空气对可燃混合物 的稀释。火焰拉伸脱火 理论强调了前者，而周 边速度梯度理论则强调 了后者。
Kb随F的变化
五、部分预混湍流火焰的稳定
预混湍流火焰工作的稳定区可能全部消 失，或者变得很窄，要使燃烧器正常工 作只有采用人工的稳焰方法。
能导致脱火的机理。
与这种影响大小有关的因素是度量预热区厚度的参数
δph(δph=λ/Snρcp)。对于一定的速度梯度来说，δph越大， 则在δph这段距离中气流速度的增值也越大，熄火作用也 越厉害。此外，对于同样的和δph而言，某一段火焰本身 的气流速度υ越大，速度的增值dυ对于υ的影响就越小，
1—火焰长度终端曲线；2—层流火焰终端曲线
层流扩散火焰的长度与气流速度成正比，而在湍流区火焰 长度与气流速度无关。
在燃气湍流自由射流中，轴线上的燃气浓度Cg与射流出口
处的原始浓度C1之比
Cg 0.70 C1 as 0.29
r
式中 s——距出口的轴向距离； a——湍流结构系数； r——射流喷口的半径。
层流扩散火焰的相似
利用相似关系来讨论层流扩散火焰的基本规律
管l和管2两个相似的扩散燃烧装置 ，燃气和空气之间的扩 散率(即单位时间从空气中扩散到燃气中去的氧气量)应当 与浓度梯度成正比：
锅炉燃烧方式优缺汇总
锅炉燃烧方式优缺汇总
燃烧方式包括扩散式燃烧、完全预混燃烧和无焰燃烧。
以下是它们的优缺点：
1.扩散式燃烧：
优点：这种燃烧方式简单，火焰相对稳定。
缺点：由于火焰较长，容易产生不完全燃烧的现象，会产生较多的一氧化碳和氮氧化合物，不利于锅炉燃料的充分利用，锅炉热效率的提升，以及难以达到锅炉排放标准。
2.完全预混燃烧：
优点：空气和燃气预混合，多散热器传热，提高传热强度。
使用这种燃烧方式的好处是燃烧的火焰更清晰，热效率更高。
缺点：预混燃烧比要求燃烧速率准确，燃烧均匀，辐射传热效率高，火焰温度在1200℃以下，燃烧不完全，NOx造成的烟气温度低，易冷凝，热回收好，效率高。
3.无焰燃烧：
优点：将燃烧前的空间与中的气体均匀混合的燃烧方法。
使用这种方法时，燃气在燃烧过程中所需的氧气不需要在周围空气中获得，只需要与空气混合到达燃烧区，实现瞬间燃烧。
缺点：这种燃烧方式对燃气和空气的混合要求较高，需要精确控制比例，否则可能导致燃烧不稳定或产生污染物。
在选择锅炉的燃烧方式时，需要综合考虑设备的型号、燃料的特性以及排放标准等因素。
良好的燃烧方式有利于提高锅炉的燃烧效率，减少污染物的排放，实现能源的高效利用。
一级消防第一篇燃烧知识点笔记(必看)
2020年一级消防工程师《消防安全技术实务》教材精讲班讲义第一篇消防基础知识既然走上了消防考试的道路，那么请不要轻言放弃，生活中有很多的苦难，然而这就是生活，但人生不止于此!第一章燃烧第一节燃烧的本质与条件（1）燃烧是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。
（2）燃烧过程中，燃烧区的温度较高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定（或受激发）的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光。
发光的气相燃烧区就是火焰，它是燃烧过程中最明显的标志。
（3）由于燃烧不完全等原因，会使产物中产生一些小颗粒，这样就形成了烟。
（4）燃烧可分为有焰燃烧和无焰燃烧。
多数可燃物质的燃烧都是在蒸气或气体的状态下进行的，称为有焰燃烧。
而有的固体物质则不能变为气态，其燃烧只发生在氧气与固体表面的氧化还原反应，称为无焰燃烧。
一、燃烧条件燃烧的发生和发展，必须具备三个必要条件，即可燃物、助燃物和引火源。
叫做燃烧三角形。
（一）可燃物：能与空气中的氧或其他氧化剂起化学反应，并形成燃烧的物质，称为可燃物。
（二）助燃物：与可燃物结合能导致和支持燃烧的氧化剂，称为助燃物。
（三）引火源：使物质开始燃烧的外部热源（能源）称为引火源。
燃烧发生时，上述三个条件必须同时具备。
燃烧发生的充分条件可表述为：具备足够数量或浓度的可燃物；具备足够数量或浓度的助燃物；具备足够能量的引火源；上述三者相互作用。
二、燃烧的链式反应自由基自由基是一种高度活泼的化学基团，容易自由结合或与其他物质的分子反应，从而使燃烧按链式反应的形式扩展，也称游离基。
对于多数有焰燃烧而言，其燃烧过程中存在未受抑制的自由基作中间体。
自由基的链式反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中的物理现象。
因此，可以用着火四面体来表示有焰燃烧的四个条件，即可燃物、助燃物、引火源和链式反应自由基。
第二节燃烧类型及其特点一、按燃烧发生瞬间的特点分类：可分为着火和爆炸。
第四章 燃气燃烧方法
天然气和空气在多孔陶瓷板上 燃烧时的温度变化曲线
L0为小孔式火道长度
第三节 完全预混式燃烧
2、冷却法防止回火
•冷却火孔以降低火孔出口的火焰传播速度，从而防止回火。
第四节 燃烧过程的强化与完善
一、两个热强度
1. 面积热强度：指燃烧室(或火道)单位面积上在单位时间内
通常碳粒来不及在高温区烧完，随气流流入火焰尾部低温区,燃 烧由扩散区转为动力区(温度低造成)，此后，碳粒的燃烧可能完全中 断，未燃尽的碳粒冷却后便形成碳黑，沉积在加热表面或管壁上。
五、火焰辐射
◆ 燃气火焰辐射有两种情况：
①、不发光的透明火焰的辐射，主要为高温气体的辐射，如 CO2、H2O。
②、黄色、光亮而不透明的光焰辐射，其中火焰内的游离碳 粒子产生的固体辐射占很大比例。气体辐射仅在窄波段进 行，辐射能力弱，而发光固体颗粒辐射具有连续发射光谱 能力，辐射能力强。
四、紊流预混火焰的稳定
◆ 采用人工的稳焰方法，出发点仍为改变气流速度以及改 变传播速度。
◆常用方法：在喷口处设置一个点火源。
1. 连续作用的人工点火装置，如炽热物体，辅助火焰。如图 1 2.使炽热的燃烧产物流回火焰根部形成点火源，如采用火焰稳定器:圆棒、
V型棒、锥体、平盘、鼓形盘等。如图2
图1 用辅助火焰作点火源 1—燃烧器火孔；2—小孔；3—环形缝隙
② 火焰焰面为圆锥形，焰面以内为燃 气，焰面以外为空气，焰面处α=1，燃 烧产物浓度最大。 ③ 火焰长度与气流速度成正比，对同 一种燃气和同一燃烧器，气流速度越大， 火焰越长。 ④ 燃气流量一定时，火焰长度与气流 速度无关，仅与气体的扩散系数成反比。 扩散系数越大，火焰越短。(扩散系数即
预混燃烧灶具燃烧技术升级方向
能。 鼓风燃烧技术便是在此背 景下诞生 的， 笔者就重点对 鼓风燃烧进行分析 ， 从整 个鼓风 燃烧技术的发展过程中我们不难分析出灶具燃烧技术升级 的大势所趋 。
灶具燃烧技术 升级方 向
■ 孟德奇
要 有 多孔 陶 瓷 板 ，双 层 金 属 纤 维 ，催 化棉 等 。他 们 原 理 一 般 器 头部 可 燃混 气 从 头部 火 孔 流 出被 点 燃 生 成 本 生 火 焰 。 都 为 通 过 加 大腔 体 小 负荷 来 等 同 实现 全 预 混 并 通 过 上 述 结构 装置 来 实现 稳 定 燃 烧 。
在欧洲等 发达 国家 ．近年来运 用全预混燃烧技开发的燃 气 为 此 需 要 足 够 的 二次 空气 进 口 面积 。
气热水 ／采暖两 用炉 ， 在短短数年 时间内已迅速达到 ４ ％ 的 Ｏ
完全预混式燃烧 ：预先 混入燃烧所需要的全部空气再进
销售份额 国内的燃气具行业 全预 混燃烧技还处于初级基础 行燃烧的一种燃烧 方式 。此种燃烧方法的特点是火焰短 ，附 研发阶段 ， 已有个别企业研发 出可 实际运用 的产品 ， 华帝、 着 于 燃 烧 表 面 ，看 不 到火 焰 ，故 称 无 焰 式 燃 烧 方 法 ，或 称 其 如 万和 在国家大力发展低碳经济的背景下 ， 具有高效节能 、 低 为完全预 混式 燃烧 方法 。这种燃烧方法的稳定性较差 ．稳 定 Ｎ Ｏ 排放 的全预混燃烧技的运用将是 国内燃气具行业新 的经济 燃烧的范 围较 小 必须采 用防止离焰与回火的稳焰措施。目
增长点。 矿
墨■ ２ １ ．８● 理代囊皤 ０ ００
红 主 （ 责编 朱禹 前 家用燃气灶 当中， 外线 燃烧在全预混方式 中比较常见 韬）
扩散燃烧与全预混燃烧.
低NOX燃烧器
（3）烟气再循环
部分烟气循环与新鲜燃气混合，降低燃烧温 度，因而降低NO；同时利于着火。
全预混式燃烧
一、特点 1. 燃烧速度快，火焰很短甚至看不出 2. 容积热强度高 100-200×106kJ/m3· h （3-6×104kW/m3） 3. 空气过剩系数小（α=1.05-1.10）， 燃烧温度高 4. 燃气与空气全预混，火焰传播能力强， 但由于温度高，容易回火 5. 热效率高， 40%的燃烧热以辐射传热 二、燃烧器形式 陶瓷板红外线燃烧器 金属纤维全预混燃烧器 金属板式全预混燃烧器
低NOX燃烧器
三、控制温度型NO生成的方法
1. 降低燃烧温度水平； 2. 降低氧气浓度，在浓燃料下燃烧； 3. 缩短烟气在高温区内停留时间； 4. 使燃烧在远离 α=1的条件下进行。
低NOX燃烧器
（一）分段燃烧法
空气分段或燃料分段。降低火焰平均温度和峰值温度，降低NO。
空气分段燃烧器
（二）浓淡燃烧法
淡火焰为全预混，火焰较短；浓火焰空 气不足，火焰拉长；减缓发热速率，使总 的火焰温度下降。由于两侧空气的挤压作 用，使火焰向内侧倾斜，浓火焰会加热淡 火焰的烟气，使燃烧温度降低。
低NOX燃烧器
低NOX燃烧器
浓淡燃烧法热水器，常有2种方式，通过改变引射器 和火排形式来实现。
1. 第一种方式：浓淡火排交叉，奇数火排上进行浓燃烧， 偶数火排上进行淡燃烧，两者平行交替。称为浓淡火排。 2. 第二种方式集浓淡燃烧于单独一个火排上，即在一个火 排的某些火孔上进行浓燃烧，而另外一些火孔上进行淡 燃烧，浓、淡火孔交替分布。第二种技术比较复杂，第 二种方式为浓淡火孔。
低NOX燃烧与全预混燃烧
低NOX燃烧器
AE94.2燃机扩散与预混模式燃烧切换失败技术分析
AE94.2燃机扩散与预混模式燃烧切换失败技术分析摘要：文章介绍安萨尔多AE94.2燃机正常运行时扩散切预混模式的原理、条件以及某厂在第一次燃烧模式切换失败的过程与分析，得出对于这种机型来说模式切换对于机组的NOx排放以及机组稳定性至关重要。
负荷变化和PGCV阀开度速率不匹配是燃烧模式切换的根本原因，经过重新调整空燃比解决此问题。
关键词：AE94.2 ;扩散模式；预混模式；NOx排放；PGCV阀开度；切换失败0、引言随着环境污染的日益严重，对电力生产排放的标准越来越高，因此建设燃气发电厂近年来成为了各个电力行业的“时尚宠儿”，这就要求燃机运行中NOx排放量不大于规定值，最大限度地减少燃机运行产生的NOx排放量，这时燃烧模式成了影响排放量多少的关键性因素。
1、设备概述AE94.2型燃机是频率为50HZ的单轴重型燃机，采用冷端驱动和筒形燃烧室，单轴结构能够直接从燃机的压气机端驱动发电机，外部空气通过进气系统进入压气机压缩后进入每个燃烧室顶部的燃烧器中，燃料在两个对称布置的带多个燃烧器的筒形燃烧室中进行燃烧，燃烧筒垂直于透平两端进行布置并分别装有8个燃烧器，高温气体经过透平将热能转化为机械能驱动燃机转动，最后气体通过排气扩散器排出。
2、燃烧过程中模式的切换原理和条件燃烧模式分为扩散和预混燃烧模式，在低负荷过程中天然气进入扩散燃烧器，并流经扩散燃烧器的环形空间，与燃烧空气进行混合并且通过轴向旋流器进入燃烧区域；在高负荷时，天然气和燃烧空气通过斜旋流器的叶片进行混合，天然气通过燃气分配器、斜向旋流器叶片进入，然后和燃烧空气进行混合。
1.值班器无故障；2.扩散、预混燃料阀的燃烧传感器器无故障；3.IGV（进气可导静叶）控制无故障；1.燃烧室的相对压差比>1%；1.IGV（进气可导静叶）全关；2.TETC（排气温度）>510℃；当满足以上6个条件时，燃机会自动由扩散切换到预混燃烧模式。
3、燃烧模式切换过程介绍4、故障现象分析及处理4.1扩散切预混模式失败经过某电厂进行了第一次燃烧模式的切换过程：2019年03月17日 23:08:01，1号燃机负荷89.56MW，天然气压力20.99bar,CV阀(主燃料阀)开度38.53%，PGCV阀（值班气阀）开度10.31%，左右两侧燃烧室火焰强度均为97%；23:08:35，燃烧模式切换成功，预混模式下燃烧稳定，燃机负荷94.07MW，压力20.78bar，此时CV阀36.44%，PGCV阀开度60.29%，左、右两侧燃烧室火焰强度均为97%；23:09:00，1号燃机发出燃机熄火跳闸保护动作。
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低NOX燃烧器
（3）烟气再循环
部分烟气循环与新鲜燃气混合，降低燃烧温 度，因而降低NO；同时利于着火。
全预混式燃烧
一、特点 1. 燃烧速度快，火焰很短甚至看不出 2. 容积热强度高 100-200×106kJ/m3· h （3-6×104kW/m3） 3. 空气过剩系数小（α=1.05-1.10）， 燃烧温度高 4. 燃气与空气全预混，火焰传播能力强， 但由于温度高，容易回火 5. 热效率高， 40%的燃烧热以辐射传热 二、燃烧器形式 陶瓷板红外线燃烧器 金属纤维全预混燃烧器 金属板式全预混燃烧器
全预混式燃烧
设多孔均流板使头部火孔的混气压力和流量均匀，防止回火。
图：多孔金属板式全预混燃烧器的温度分布（数值模拟）
全预混式燃烧
试验结果
28kW的冷凝式壁挂炉上安装平板式全预混燃烧器； 12T天然气，压力 2kPa 在高、低热负荷下都能稳定燃烧， 热负荷%：93.6-98.6% 热水产率：95.9-99.1% 热效率： 100-105% 排烟温度 40-50℃ 烟气中CO = 189-315 ppm NOX ≈15 ppm
低NOX燃烧与全预混燃烧
低NOX燃烧器
一、 NOX生成机理
燃气燃烧生成的NOX主要是NO，反应： O2 + N2 = 2NO － 180kJ 烟气中NOX来源于空气及燃料中N， 在高温下生成，造成污染。 烟气中NOX的种类： （1）热力型（温度型）NOX：空气及 燃料中N，在高温下生成； （2）快速型NOX：碳氢化合物燃烧， 当燃料过浓时在反应区会快速生 成NO。 （3）燃料型NOX：煤中氮化物热分解 和氧反应生成NO。 燃气燃烧生成主要是热力型NOX
低NOX燃烧器
三、控制温度型NO生成的方法
1. 降低燃烧温度水平； 2. 降低氧气浓度，在浓燃料下燃烧； 3. 缩短烟气在高温区内停留时间； 4. 使燃烧在远离 α=1的条件下进行。
低NOX燃烧器
（一）分段燃烧法
空气分段或燃料分段。降低火焰平均温度和峰值温度，降低NO。
空气分段燃烧器
（二）浓淡燃烧法
低NOX燃烧器
二、影响温度型NO生成的因素 1. 温度（关键因素） 1500 º C以上开始生成NO，随着温度上升，NO剧增。 2. 烟气停留时间 烟气停留时间长，特别是在高温 下空气系数 α
α 影响 O2浓度和燃烧温度。当 α 接近 1 时，NO生成量最大。因为当 α 远小于 1时，燃料过浓，[O]不易 与N2生成NO；而当α 远大于 1时， 燃烧温度降低，NO也减少。
淡火焰为全预混，火焰较短；浓火焰空 气不足，火焰拉长；减缓发热速率，使总 的火焰温度下降。由于两侧空气的挤压作 用，使火焰向内侧倾斜，浓火焰会加热淡 火焰的烟气，使燃烧温度降低。
低NOX燃烧器
低NOX燃烧器
浓淡燃烧法热水器，常有2种方式，通过改变引射器 和火排形式来实现。
1. 第一种方式：浓淡火排交叉，奇数火排上进行浓燃烧， 偶数火排上进行淡燃烧，两者平行交替。称为浓淡火排。 2. 第二种方式集浓淡燃烧于单独一个火排上，即在一个火 排的某些火孔上进行浓燃烧，而另外一些火孔上进行淡 燃烧，浓、淡火孔交替分布。第二种技术比较复杂，第 二种方式为浓淡火孔。